Catégorie : Science

Hawaii : l’éruption du Kilauea en 2018 comparée à d’autres // Hawaii : the 2018 Kilauea eruption compared to others

L’éruption du Kīlauea en 2018 a eu des effets dévastateurs sur le district de Puna; elle a détruit des centaines de maisons et affecté de manière permanente la vie de milliers d’habitants. La volumineuse coulée de lave émise par le volcan a eu un impact majeur sur l’île d’Hawaii. Il est intéressant de comparer cette éruptions à d’autres qui, elles aussi, ont émis de volumineuses coulées de lave.
Des mesures effectuées par l’US Geological Survey (USGS) révèlent que le volume de lave émise lors de l’éruption de 2018 était d’environ 1,4 kilomètres cubes. L’estimation a une marge d’erreur car il est difficile de mesurer le volume de lave qui s’est déversée dans l’océan. .
S’agissant de la comparaison avec d’autres éruptions, il faut remarquer qu’il y en a relativement peu dans le monde à avoir émis plus d’un kilomètre cube de lave au cours des cent dernières années.
La plus importante à Hawaï au cours des derniers siècles a été l’éruption Pu’uO’o de 1983 qui a produit 4,4 kilomètres cubes de lave. Cependant, cette éruption a duré 35 ans contre 4 mois pour l’éruption de 2018 dans la Lower East Rift Zone. L’éruption du Pu’uO’o a détruit 215 structures, contre plus de 700 lors de l’éruption de 2018.

Photo: C. Grandpey

D’autres coulées de lave de grande ampleur se sont produites en Russie et en Islande. L’éruption du Tolbachik (Kamchatka) en 1975-1976 a duré un an et demi et a produit environ 2 kilomètres cubes de lave.

Source : KVERT

En 2014-2015, l’éruption de six mois du Bárðarbunga (Islande) a produit la coulée de lave Holuhraun, d’un volume d’environ 1,4 kilomètre cube.

Crédit photo: Iceland Review

Lors des éruptions du Tolbachik et du Bárðarbunga, les coulées de lave sont sorties des flancs du volcan et ont entraîné un affaissement au sommet lorsque la chambre magmatique s’est vidangée. C’est aussi ce qui s’est passé en 2018 sur le Kilauea. Les éruptions du Tolbachik et du Bárðarbunga se sont produites dans des zones reculées, sans destruction de zones habitées.
Une éruption sur l’île de Lanzarote (îles Canaries) de 1730 à 1736 figure également sur la liste des grands événements effusifs. Elle a produit 2 kilomètres cubes de lave et détruit de nombreux villages sur le flanc du volcan.

Photo: C. Grandpey

La récente éruption du Cumbre Vieja, à La Palma (îles Canaries) en 2021 a été impressionnante mais aucune estimation du volume de lave émise n’a été publiée jusqu’à présent. Quel que soit ce volume, la destruction a été immense, avec environ 3 000 bâtiments recouverts par la lave.

Une autre grande éruption a débuté sur le Paricutin (Mexique) en 1943, lorsqu’une fissure s’est ouverte dans un champ de maïs. Elle a continué pendant 9 ans, avec une coulée de lave d’un volume de 1,6 kilomètres cubes.

Source: Wikipedia

Cependant, aucune de ces éruptions ne saurait rivaliser avec l’éruption du Laki (Islande) en 1783. En huit mois, environ 14,7 kilomètres cubes de lave ont recouvert la région et détruit plusieurs dizaines de villages. Les gaz volcaniques ont empoisonné le bétail et détruit les récoltes, entraînant une famine majeure en Islande, avec des milliers de victimes. L’éruption a également eu un impact sur les conditions météorologiques en Europe.

Photo: C. Grandpey

Il manque peut-être d’autres coulées de lave de plus d’un kilomètre cube dans cette compilation rapide, mais il n’en reste pas moins que ce sont des événements très rares.

Source : HVO.

Un visiteur de mon blog me fait remarquer à juste raison que le volcan sous-marin au large de Mayotte a émis un volume de lave estimé par le BRGM à environ 5 kilomètres cubes!

Rappelons que la dernière très longue éruption de l’Etna (1991-1993) dans la Valle del Bove a émis, selon les estimations, entre 200 et 700 millions de m3 de lave. Toutefois, 235 millions de mètres cubes (0,23 km3) semble être le plus proche de la réalité. Ce serait la plus importante éruption en volume émis après celle de 1669 qui a atteint la ville de Catane.

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The 2018 eruption of Kīlauea volcano had devastating effects on the lower Puna District, destroying hundreds of homes and permanently affecting the lives of thousands of residents. The voluminous lava flow had a major impact on the Island of Hawaii. It is interesting to see how it compares to other lava flow eruptions on Earth in recent history.

Recent measurements by U.S. Geological Survey have come to the conclusion that the volume of lava emeitted during the earuption was about 1.4 cubic kilometers.. The estimate has a margin of error because it is difficult to measure the volume of the lava that poured into the ocean.

As far as the comparison is concerned, one should first notice that there are only a handful of lava flow eruptions worldwide in the past few hundred years that have produced more than a cubic kilometer of lava.

The largest in Hawaii in recent centuries was the 1983 Pu’uO’o eruption, which produced 4.4 cubic kilometers of lava. However, that eruption lasted 35 years compared to the 4 months of the 2018 eruption in the Lower East Rift Zone. The Pu’uO’o eruption destroyed 215 structures, compared to over 700 destroyed in the 2018 eruption.

Other large volume lava flows occurred in Russia and Iceland. The Tolbachik eruption of 1975–76, in Kamchatka lasted a year and a half and produced about 2 cubic kilometers of lava.

In 2014–15, the six-month-long eruption of Bárðarbunga in Iceland produced the Holuhraun lava flow, about 1.4 cubic kilometers in volume.

In both the Tolbachik and Bárðarbunga eruptions, the lava flows issued from the flanks of the volcano and triggered subsidence at the summit as the magma chamber drained, similar to what happened in 2018 at Kilauea. The Tolbachik and Bárðarbunga eruptions occurred in remote areas, with no significant destruction of populated areas.

An eruption in the Canary Islands, Spain, made the list as well. The Lanzarote eruption of 1730–1736 produced 2 cubic kilometers of lava and destroyed numerous villages on the flank of the volcano.

The recent eruption of Cumbre Vieja, on La Palma in the Canary Islands, in 2021 was impressive but no volume estimates for the lava flow have been released so far. Regardless of the flow volume, the destruction was immense, with about 3,000 buildings destroyed.

Another large eruption happened at Paricutin volcano, in Mexico, in 1943, when a fissure opened in a cornfield and continued erupting for 9 years, producing a lava flow with a volume of 1.6 cubic kilometers.

None of these eruptions, however, come close to the size and impact of the Laki eruption in Iceland in 1783. Over eight months about 14.7 cubic kilometers of lava covered the landscape, destroying several dozen villages. The volcanic gases poisoned livestock and destroyed crops, leading to a major famine in Iceland that killed thousands. It also affected weather in Europe.

There may be other lava flows greater than one cubic kilometer that are missed in this quick compilation , but the fact remains these are very rare events The 2018 Kīlauea lava flow was among the top lava flow eruptions on Earth in recent centuries.

Source: HVO.

A visitor to my blog reminds us tha the submarine volcano off Mayotte emitted a volume of 5 cubic kilometers of lava, according to BRGM.

Let’s bear in mind that the last very long eruption of Mt Etna (1991-1993) in Valle del Bove emitted, according to estimates, between 200 and 700 million m3 of lava. However, 235 million cubic meters (0.23 km3) seems to be the closest number to reality. It was probably the largest eruption by volume emitted after the 1669 eruption that reached the city of Catania.

Vue de l’éruption du Kilauea en 2018 (Sourc: HVO)

Eruption aux Tonga et les perturbations ionosphériques // Tonga eruption and ionospheric disturbances

Plusieurs études ont confirmé récemment que l’éruption du volcan Hunga Tonga-Hunga Ha’apai aux Tonga le 15 janvier 2022 a provoqué des perturbations à grande échelle dans l’atmosphère terrestre.
En utilisant les données enregistrées par plus de 5 000 récepteurs GNSS – Global Navigation Satellite System – situés à travers le monde, les scientifiques de l’Observatoire Haystack du Massachusetts Institute of Technology (MIT) et leurs collègues de l’Université arctique de Norvège ont observé des preuves d’ondes atmosphériques générées par les éruptions et de leurs empreintes ionosphériques à 300 kilomètres au-dessus de la surface de la Terre, et cela pendant une longue période. Ces ondes atmosphériques ont été actives pendant au moins quatre jours après l’éruption et ont fait trois fois le tour du globe. Les perturbations ionosphériques sont passées au-dessus des États-Unis six fois, d’abord d’ouest en est, puis en sens inverse.
Cette éruption a été extraordinairement puissante et a libéré une énergie équivalente à 1 000 bombes atomiques de Hiroshima. Les scientifiques savent que les éruptions volcaniques te type explosif et les séismes peuvent déclencher une série d’ondes influant sur la pression atmosphérique, y compris des ondes acoustiques, qui peuvent perturber la haute atmosphère à plusieurs centaines de kilomètres au-dessus de l’épicentre. Au-dessus de l’océan, ces ondes peuvent déclencher des vagues de tsunami, et donc des perturbations dans la haute atmosphère. L’impact de l’éruption aux Tonga a surpris les scientifiques, notamment par son étendue géographique et sa durée de plusieurs jours. L’étude de ces ondes a permis de nouvelles découvertes quant à la façon dont les ondes atmosphériques et l’ionosphère sont connectées.
Une nouvelle étude, menée par des chercheurs du MIT Haystack Observatory et de l’Arctic University of Norway, a été publiée le 23 mars 2022 dans la revue Frontiers in Astronomy and Space Sciences. Les auteurs pensent que les perturbations atmosphériques sont un effet des ondes de Lamb ; ces ondes, ainsi appelées d’après le mathématicien Horace Lamb, se déplacent à la vitesse du son sans grande réduction de leur amplitude. Bien qu’elles soient principalement situées près de la surface de la Terre, ces ondes peuvent échanger de l’énergie avec l’ionosphère de manière complexe. La nouvelle étude précise que « la présence dominante des ondes de Lamb a déjà été signalée lors de l’éruption du Krakatau en 1883 et à d’autres occasions. L’étude fournit pour la première fois une preuve substantielle de leurs empreintes de longue durée dans l’ionosphère à l’échelle de la planète. »
Grâce au financement de la National Science Foundation, le Haystack Observatory concentre les observations du réseau GNSS mondial pour étudier quotidiennement des informations importantes depuis 2000. Une forme particulière de météo spatiale, causée par des ondes ionosphériques appelées perturbations ionosphériques itinérantes – Traveling Ionospheric Disturbances (TID) – est souvent favorisée par des processus comprenant des apports soudains d’énergie du soleil, des conditions météorologiques terrestres et des perturbations d’origine humaine.
Selon l’étude, seules les tempêtes solaires intenses sont connues pour produire une propagation de TID dans l’espace pendant plusieurs heures, voire plusieurs jours. Les éruptions volcaniques et les séismes ne produisent normalement des perturbations ionosphériques que sur des milliers de kilomètres. En détectant ces importantes perturbations ionosphériques induites dans l’espace par les éruptions sur de très longues distances, les chercheurs ont découvert non seulement la génération d’ondes de Lamb et leur propagation globale sur plusieurs jours, mais aussi un nouveau processus physique fondamental.
Source:Massachusetts Institue of Technology (MIT).

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The recent eruption of Tonga’s Hunga Tonga–Hunga Ha‘apai volcano on January 15th, 2022 was recently confirmed to have causeded large-scale disturbances in the Earth’s atmosphere.

Using data recorded by more than 5,000 Global Navigation Satellite System (GNSS) ground receivers located around the globe, MIT Haystack Observatory scientists and their international partners from the Arctic University of Norway have observed substantial evidence of eruption-generated atmospheric waves and their ionospheric imprints 300 kilometers above the Earth’s surface over an extended period. These atmospheric waves were active for at least four days after the eruption and circled the globe three times. Ionospheric disturbances passed over the United States six times, at first from west to east and later in reverse.

This volcanic event was extraordinarily powerful, releasing energy equivalent to 1,000 Hiroshima atomic bombs. Scientists have known that explosive volcanic eruptions and earthquakes can trigger a series of atmospheric pressure waves, including acoustic waves, that can perturb the upper atmosphere a few hundred kilometers above the epicenter. When over the ocean, they can trigger tsunami waves, and therefore upper-atmospheric disturbances. Results from this Tonga eruption have surprised this international team, particularly in their geographic extent and multiple-day durations. These discoveries ultimately suggest new ways in which the atmospheric waves and the global ionosphere are connected.

A new study, led by researchers at MIT Haystack Observatory and the Arctic University of Norway, was published on March 23rd, 2022 in the journal Frontiers in Astronomy and Space Sciences. The authors believe the disturbances to be an effect of Lamb waves; these waves, named after mathematician Horace Lamb, travel at the speed of sound without much reduction in amplitude. Although they are located predominantly near Earth’s surface, these waves can exchange energy with the ionosphere through complex pathways. As stated in the new study, “prevailing Lamb waves have been reported before as atmospheric responses to the Krakatoa eruption in 1883 and other occasionss. This study provides substantial first evidence of their long-duration imprints up in the global ionosphere.”

Under National Science Foundation support, Haystack has been assembling global GNSS network observations ton a daily basis since 2000. A particular form of space weather, caused by ionospheric waves called traveling ionospheric disturbances (TIDs), are often excited by processes including sudden energy inputs from the sun, terrestrial weather, and human-made disturbances.

According to the study, only severe solar storms are known to produce TID global propagation in space for several hours, if not for days. Volcanic eruptions and earthquakes normally yield ionospheric disturbances only within thousands of kilometers. By detecting these significant eruption-induced ionospheric disturbances in space over very large distances, the researchers found not only generation of Lamb waves and their global propagation over several days, but also a fundamental new physical process.

Source: Massachusetts Institute of Technology (MIT).

Perturbations ionosphériques itinérantes (TID) après l’éruption des Tonga, mesurées à partir des réseaux GNSS de récepteurs. L’axe horizontal indique le temps ; l’axe vertical indique la distance. Les TID se propagent à la fois vers le nord et vers le sud à partir des Tonga. L’antipode de l’éruption se situe en Afrique du Nord, à environ 21 000 km des Tonga. Les TID ont mis 17 à 18 heures pour atteindre l’antipode et le même temps pour revenir aux Tonga le lendemain. (Source: Hayward Observatory).

Traveling ionospheric disturbances (TID) following the Tonga eruption, as measured from the GNSS networks of receivers. The horizontal axis shows time; the vertical axis shows distance. TIDs are propagating both northward and southward from Tonga. The eruption antipode is in North Africa, approximately 21,000 km away from Tonga. TIDs took 17-18 hours to reach the antipode and the same time to return to Tonga on the next day. (Source: Hayward Observatory).

Nouveau site web sur les glaciers islandais // New website about Icelandic glaciers

Un nouveau site web, islenskirjoklar.is, contenant des informations sur les glaciers islandais a été lancé à Perlan, le dôme de verre de Reykjavík, le 20 mars 2022. Il offre des informations sur les études effectuées et les changements survenus sur les glaciers islandais au cours des dernières décennies.
Malheureusement, les informations sont en islandais (espérons qu’elles le seront bientôt en anglais !), mais ses créateurs affirment que même si les visiteurs ne parlent pas islandais, le site est utile à tous ceux qui souhaitent accéder à une carte de tous les glaciers et regarder les nombreuses photos. Il sera possible de comparer la morphologie des glaciers il y a des décennies avec les paysages d’aujourd’hui.
On peut également voir les contours des glaciers à différents moments. Ce travail a été effectué par des scientifiques en se référant à des photos aériennes, des images satellites ou des cartes.
La collection de photos est censée être unique en son genre. Elle comprend des panoramas, avec des vues d’avion de presque tous les glaciers d’Islande, à l’exception des plus petits.
Le site web devrait intéresser à la fois la communauté scientifique et le grand public. Vous pouvez y accéder en cliquant sur ce lien :
https://islenskirjoklar.is/#/page/map
Source : Iceland Monitor.

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A new website, , islenskirjoklar.is, with information about Iceland’s glaciers was introduced at Perlan, Reykjavík’s glass dome, on March 20th, 2022. It offers information about research and changes that have occurred in Icelandic glaciers in recent decades.

Unfortunately, the information is in Icelandic (let’s hope it will be in English soon!), but its creators say that even if visitors don’t speak Icelandic, the website is useful to anyone who wants to access a map of all the glaciers and take a look at the numerous quality photos provided. In many cases, you can compare what the glaciers used to look like decades ago to what they look like now.

One can see the outlines of glaciers at different points in time. Those have been drawn by scientists, based on aerial photos, satellite pictures, or maps.

The photo collection is said to be unique. It includes panoramas, taken from airplanes, of almost every single glacier in Iceland, except for the very smallest ones.

The website is expected to be useful to the scientific community, as well as to the public. You can access it by clicking on this link :

https://islenskirjoklar.is/#/page/map

Source : Iceland Monitor.

Vue du Vatnajökull (Photo : C. Grandpey)

Un gravimètre quantique absolu (AQG) sur le Kilauea (Hawaii) // An Absolute Quantum Gravimeter on Kilauea Volcano (Hawaii)

La dernière rubrique Volcano Watch publiée par le l’Observatoire des Volcans d’Hawaii, le HVO est consacrée à l’Absolute Quantum Gravimeter AQG) – gravimètre quantique absolu – un nouvel instrument de haute technologie que vient d’acquérir l’observatoire. Il est en cours d’installation, de test et d’étalonnage avant d’être installé au sommet du Kilauea. L’AQG a la capacité de mesurer d’infimes variations de masse sous la surface du sol et peut donc aider à détecter les processus volcaniques en profondeur.
Tous les objets ont une masse et donc un champ de gravité. L’attraction gravitationnelle de la Terre est légèrement plus forte dans les zones qui ont plus de masse et légèrement plus faible dans les zones avec moins de masse. Le rôle des gravimètres est donc de mesurer l’attraction gravitationnelle. S’agissant des volcans, les gravimètres permettent aux scientifiques de détecter les changements subtils de gravité causés par les mouvements du magma. Une gravité plus forte peut indiquer la présence d’un plus importante quantité de magma sous la surface du sol.
Il existe deux principaux types de gravimètres : relatif et absolu.
Les gravimètres relatifs sont les plus courants. Ils contiennent un poids attaché à un ressort vertical sensible. La gravité étire le ressort et la quantité d’étirement est proportionnelle aux variations de g, la gravité locale. Le gravimètre relatif mesure la différence de gravité entre différents emplacements. Malheureusement, ces instruments souffrent d’un effet de « dérive », qui ajoute du bruit aux mesures effectuées sur plus de quelques semaines à quelques mois, et leur précision diminue progressivement.
Les gravimètres absolus mesurent directement l’accélération de la pesanteur. Les gravimètres absolus à chute libre, le type le plus courant, utilisent des lasers pour mesurer l’accélération en chute libre d’un réflecteur en coin de cube relâché à maintes reprises dans une chambre sous vide. Contrairement aux gravimètres relatifs, les gravimètres absolus n’ont pas d’effet de dérive et ne se dégradent pas en précision avec le temps. Cependant, ils sont de grande taille, ont des éléments mécaniques fragiles, nécessitent une alimentation électrique suffisante et ne sont pas conçus pour être utilisés dans des conditions difficiles sur le terrain, les volcans par exemple. Les gravimètres absolus portables ne peuvent pas effectuer des mesures continues sur le long terme et ne sont pas suffisamment sensibles pour détecter les petits changements nécessaires à la surveillance des volcans.
Semblable aux gravimètres absolus à chute libre, le nouvel AQG du HVO mesure l’accélération d’une petite masse d’épreuve dans le vide. Cependant, l’AQG surmonte les limites des gravimètres absolus à chute libre classiques et se caractérise par la chute d’un nuage d’atomes à très basse température. Des atomes de rubidium, piégés par des lasers, sont refroidis à une température proche du zéro absolu. Cela permet des mesures continues précises et à long terme. L’AQG est également compact et peut être déployé sur des volcans actifs et fonctionner en continu sans effet de «dérive».
Un tel modèle d’AQG a été installé sur le flanc nord du volcan de l’Etna, un volcan qui entre fréquemment en éruption. L’instrument a enregistré avec succès, et sur plusieurs mois, des données de haute qualité, malgré des vibrations parasites.
À la suite de la spectaculaire éruption du Kilauea en 2018, le HVO a commencé à reconstruire le réseau gravitaire continu. Un gravimètre a été réinstallé sur le plancher du cratère de l’Halema’uma’u en juin 2021. En avril 2022, il est prévu d’installer deux gravimètres relatifs sur d’autres sites du Kilauea.
La combinaison du nouveau gravimètre quantique absolu (AQG), de nouveaux gravimètres continus et des mesures habituelles sur le terrain devrait faire progresser l’utilisation des mesures de gravité pour surveiller le comportement des volcans hawaïens.
Source : USGS / HVO.

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The latest Volcano Watch released by the Hawaiian Volcano Observatory (HVO) is dedicated to the

Absolute Quantum Gravimeter AQG), a new high tech instrument acquired by the observatory. It is undergoing set up, testing and calibration before installation at the summit of Kilauea. The AQG has the ability to measure very small mass changes beneath the ground surface, which can help detect underground volcanic processes.

All objects have a mass and therefore a gravity field. Earth’s gravitational pull is slightly stronger in areas with more mass and slightly weaker in areas with less mass. Gravimeters measure gravitational attraction. As far as volcanoes are concerned, gravimeters help scientists detect subtle changes in gravity caused by magma movements. The measurement of stronger gravity can indicate more magma below the ground surface.

There are two main types of gravimeters: relative and absolute.

Relative gravimeters are the most common. They contain a weight attached to a sensitive vertical spring. Gravity stretches the spring, and the amount of stretch is proportional to the measurement of local gravity. The relative gravimeter measures the difference of gravity between various locations. Unfortunately, these instruments suffer from “drift,” which adds noise to measurements conducted over more than a few weeks-to-months, and their accuracy gradually decreases.

Absolute gravimeters directly measure the acceleration of gravity. Free-fall absolute gravimeters, the most common type, use lasers to measure the free-fall acceleration of a small reflecting prism in a vacuum. Unlike relative gravimeters, absolute gravimeters do not drift nor degrade in accuracy over time. However, they are large in size, have delicate mechanical parts, require an ample power supply, and are not designed for use in harsh field conditions such as volcanoes. Those that are field portable are not capable of long-term continuous measurements or sensitive enough to detect the small changes needed for volcano monitoring.

Similar to the free-fall absolute gravimeters, HVO’s new AQG measures the acceleration of a small test mass in a vacuum. However, the AQG overcomes the limitations of classical free-fall absolute gravimeters by dropping clouds of laser-cooled rubidium atoms instead of small prisms. This allows for accurate and long-term continuous measurements. The AQG is also compact in size and can be deployed in the field at active volcanoes and run continuously without “drift.”

The same model of AQG has been installed on the north flank of Mount Etna volcano in Italy, which frequently erupts. The instrument has successfully recorded many months of high-quality data despite high vibration noise levels.

Following the 2018 Kīlauea events, HVO started rebuilding the continuous gravity network. One gravimeter was reinstalled on Halemaʻumaʻu crater floor in June 2021. In April 2022, there are plans to install two additional continuous relative gravimeters at other locations on Kilauea.

The combination of the new Absolute Quantum Gravimeter, new continuous gravimeters, and ongoing campaign measurements makes the future of using gravity measurements to monitor hazards of Hawaiian volcanoes quite promising.

Source : USGS / HVO.

Vue du gravimètre quantique absolu (Source : HVO)